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Projet PGRN 2005 - Nicot et al.
Titre Modélisation de l'impact d'un bloc rocheux sur un terrain naturel : application à la trajectographie des éboulements rocheux
Programme Programme départemental CG38/PGRN
Durée 2005-2006

Objets et thématiques de recherche :

Types de risques Mouvements de terrain (éboulements, chutes de blocs)
Mots-clés Aléas gravitaires - Eboulements rocheux - Trajectographie - Interactions sol-bloc - Modélisation mécanique - Approche discrète
Thématiques Connaissance des phénomènes - Evaluation des aléas (potentiellement)
Sites d'étude *

Partenaires, contacts :

Organisme pilote Cemagref ETNA (Unité Erosion Torrentielle, Neige et Avalanches)
Partenaires -
Coordination François NICOT (Cemagref ETNA)
Contacts François NICOT (Cemagref ETNA) : Tél. +33 4 76 76 27 70 - francois.nicot@cemagref.fr

Financement du projet :

Budget total ?
Financement (€) Financement CG38 : 6 k€
Part (%) Part du financement CG38 : ?%

Contenu :

Résumé Les instabilités rocheuses constituent une source fréquente d’aléas gravitaires en région de montagne, dont les conséquences directes ou indirectes sur la vie économique et sociale peuvent être considérables. Sur le plan de la prévention, la simulation de la trajectoire des blocs en interaction avec les éventuels obstacles naturels du versant constitue une étape essentielle pour la cartographie d’intensité du phénomène redouté. Elle permet en effet d’apprécier un certain nombre de paramètres cinématiques attachés aux blocs en mouvement tels que les hauteurs de passages, les vitesses de déplacement et de rotation, ou la frontière de la zone d’épandage. C’est sur la base de ces données qu’il est possible d’évaluer l’aléa qui menace des zones urbaines et les aménagements situés en contrebas, puis d’identifier et de dimensionner un type de parade approprié.

La plupart des outils actuels de simulation trajectographique intègrent un modèle de contact entre le bloc et le terrain naturel de type phénoménologique, dont la connaissance a priori des paramètres sur un site donné est exclue, exigeant le recours à des techniques de calage qui reposent sur des bases essentiellement empiriques ou expertes. Le point crucial de l’analyse trajectographique consiste en la description des interactions des blocs en mouvement avec le milieu extérieur, naturel et anthropique. La difficulté de cette tâche est liée en partie à la diversité des sols qui peuvent être rencontrés : sols cohérents, éboulis, sols mixtes (moraines) à granulométrie étalée ; variété de la forme des éléments constitutifs du sol, présentant des faces planes ou gauches, des arêtes, des zones proéminentes. L’examen des divers outils trajectographiques utilisés aujourd’hui dans un cadre opérationnel (zonage réglementaire) suggère que l’absence relative d’investigations mécaniques ne permet pas de fonder le modèle d’interaction entre le bloc et le terrain, de même que le choix des paramètres qu’il introduit, sur des bases scientifiques parfaitement satisfaisantes. Ce projet vise à apporter une contribution significative dans l’analyse mécanique du contact dynamique entre le sol et un bloc rocheux.

Objectifs Aborder de façon approfondie la modélisation mécanique de l’interaction d’un bloc avec le terrain naturel composé d’éboulis, cas fréquemment rencontré en situation de pied de versant.

Exploiter les avancées actuelles en matière de modélisation numérique, et en particulier dans le champ des approches discrètes, pour construire une loi de réflexion simple reliant les vitesses du bloc avant et après impact, en analysant l’influence de paramètres liés au sol (granulométrie, compacité, morphologie des éléments), ou au bloc (forme, angularité, fracturation, etc.).

Méthodologie Définition du cadre mathématique de l’étude : établissement d’une relation liant les vitesses incidentes et réfléchies au point d’impact (vitesses normales, tangentielles et angulaires), dans un cadre bidimensionnel (puis tridimensionnel).

Développement d’un modèle stochastique de réflexion (prise en compte de la très forte sensibilité des caractéristiques de réflexion à la position d’impact du bloc, en associant des lois de probabilités dépendant de paramètres macroscopiques pertinents aux différents coefficients des composantes de vitesse).

Expérimentation numérique : mise en œuvre d’une approche discrète pour décrire la cinématique d’une collection d’objets, pouvant interagir les uns avec les autres au droit des zones de contact.

Résultats et produits de la recherche :

Résultats L’utilisation de la Méthode des Eléments Discrets a permis une compréhension satisfaisante des phénomènes en jeu lors de l’impact d’un bloc sur un éboulis. L’étude statistique complète des résultats a par ailleurs permis la définition d’une loi d’impact stochastique performante.

La comparaison des résultats issus de cette loi avec les résultats issus de la littérature montre son adéquation avec la réalité dans le cadre de l’étude. Par ailleurs, l’étude comparative de la loi obtenue avec les lois classiques utilisées en trajectographie met en évidence les relations directes entre les coefficients de la loi et les coefficients de restitution classiques. Contrairement aux modèles classiques, la loi définie inclut directement les effets simples ou couplés des divers paramètres. La nature stochastique de l’impact est aussi prise directement en compte par cette loi.

Livrables Méthodologie de modélisation numérique de l’interaction d’un bloc avec le terrain naturel composé d’éboulis

Rapport (2006) au PGRN

Diffusion :

Publications et communications à préciser

Pages web -

Débouchés du projet :

Produits de la recherche Méthodologie Modélisation numérique Rapport scientifique
Production scientifique - Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Utilisateurs Chercheurs et gestionnaires des risques gravitaires
Partenariats *

Retombées Perspectives :

La méthodologie conduisant à la construction d’une loi d’impact stochastique pertinente ayant été définie, une phase de simulation numérique intensive peut être amorcée de façon à étudier l’influence sur la loi d’impact de paramètres identifiés lors d’essais préliminaires (taille relative du bloc par rapport aux pierres de l’éboulis, forme des particules de l’éboulis, profondeur du sol…).

Par ailleurs, la validation expérimentale de la loi d’impact stochastique est une étape déterminante. Dans cette optique, les travaux futurs vont être essentiellement consacrés au développement d’essais de laboratoire et de terrain pertinents. Les objectifs principaux de ces travaux sont la mise en place de montages expérimentaux assurant la quantification efficace de l’impact ainsi que la réalisation d’une campagne d’essais de validation de la loi d’impact stochastique.

Les travaux ont été poursuivis pour valider cette loi d’impact dans le cadre du projet CG38/PGRN Nicot et al. 2007 : "Etude expérimentale de l'impact d'un bloc rocheux sur un terrain naturel".

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